船舶电站电量参数分析软件的设计与应用

李 爽 ， 钟 欣 ， 邵楠楠

(1.上海交通大学软件学院，上海200030;2.中海船研科技股份有限公司研究开发部，上海200135)

0 引 言

船舶电力系统供电品质的好坏直接关系到整个系统能否安全运行，因而需要对船舶电站电量参数进行监测，用以量化评估系统运行的水平［1］。目前，国内外对船舶电站电量参数的监测是针对电站运行过程中的监测，主要有在线监测、定期或者不定期监测、专门监测三种［2］;而对电站投入运行之前的电量参数进行分析的软件较少。为有效地评估船舶电站电能质量以及整个电网的安全程度，需要对船舶电站相关的电量参数进行专门分析。通过分析电站投入运行前后对电网电量参数各项指标的影响，与国家相关标准进行对照，决定其是否可投入运行。

1 电量参数分析软件的设计

船舶电量参数分析软件部署在windows NT平台上，在MFC(Microsoft Foundation Classes)框架下使用C++开发，突出MFC框架的特点使得用户界面更友好和开放;利用曲线控件显示电量参数实时和历史趋势，缩短了开发周期。该软件从系统架构上可划分为数据采集层、数据应用层及数据展示层，用于相关数据的采集、显示、存储及后续的分析应用。该软件中各个功能模块之间的关系见图1。

图1 系统功能模块划分

1.1 参数设置

系泊试验过程中须将安装该程序的计算机连入整个电力监控系统的网络中，此后启动该程序并通过系统的用户验证(见图2)。成功通过用户验证后，需要对试验机组、控制方式(手动、半自动、自动)、操作部位(电站监控、主集控、备用集控)等参数进行设定。

1.2 数据采集层

数据采集层的主要任务是通过用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)与同样部署在以太网环网上的各个网关进行通信，获取由参数设置界面中所指定机组的相关参数。针对主配电板控制器传送的信号进行实时监控，包括发电机组三相电压、三相电流、频率、功率因数、有功功率和汇流排三相电压、频率。在参数设定后，不断改变试验机组当前的负载参数，使其负载变化从20%→50%→75%→100%→75%→50%→20%，在每个负载点达到稳定负荷后开始采集数据，并将某一段时间内采集到的数据解析后发送至数据应用层。同时可将采集到的数据生成数据报表并存为数据文件。

1.3 数据应用层

数据应用层实现的主要功能是针对数据采集层获得的相关数据对电量参数评价指标进行实时计算，并将计算得出的结果发送至数据展示层。记录数据的方式可以根据系泊试验过程中的实际需要选择手动结束或者自动结束。若未选择手动结束，2 min后会自动结束记录数据，否则直到手动选择结束才会停止记录数据。软件所计算的电量参数评价指标主要包括电压偏差、频率偏差和功率分配差度。

1.3.1 电压偏差

当电力系统电压缓慢变化时，实际电压与额定电压的偏差。计算稳态调压率δu:

式(1)中:u为发电机组实际运行电压;uN为发电机组额定电压。

1.3.2 频率偏差

电力系统中的负荷以及发电机组的功率随时在发生变化，当发电机与负荷间功率不平衡时，系统频率就会发生变动，即出现频率偏差。根据不同的试验内容，对不同的物理量进行实时采集及分析处理，得到相应的曲线或数据。

频率偏差δf用于衡量发电机组实际频率与额定频率之差，根据式(2)计算:

式(2)中:fi为发电机组空载时的频率;fN为发电机组的额定频率。

1.3.3 功率分配差度

在发电机并联运行时，当负载在总额定功率的20% ～100%变化时，系统应能稳定运行，其功率分配差度应满足:各台发电机机组实际承担的有功功率与按照额定功率比例分配的计算值之差，不超过机组有功功率的10%。该软件通过采集汇流排三相电压、汇流排电流、发电机有功功率和功率因数，并计算出发电机的有功和无功功率、发电机总容量。根据式(3)，可以计算出2台发电机组的有功及无功分配差度，用以评估功率分配是否满足标准。

式(3)中:Pi为第i台机组实际有功功率;ΔPi为第i台机组有功功率分配差度;Qi为第i台机组实际无功功率;ΔQi为第i台机组无功功率分配差度;∑Pi为并联运行机组总实际有功功率;∑Qi为并联运行机组总实际无功功率;PNi为第i台机组的额定有功功率;QNi为第i台机组的额定无功功能功率;∑PNi为并联运行机组总额定有功功率;∑QNi为并联运行机组总额定无功功率。

1.4 数据展示层

数据展示层主要功能是显示实时参数计算得出的结果或回放历史数据并得出电能质量相关参数的结果，主要有报表和趋势图两种方式(见图2、图3)。实时曲线显示的采样频率为2次/s，可选择的参数有:电压、电流、频率、功率、功率分配差度。曲线图下方还可以显示该机组包括电压、电流、频率、功率在内的实时参数值。选择功率分配差度曲线后，系统将对照显示参与试验的所有机组的功率分配差度曲线(包括有功及无功功率)，曲线图下方右侧显示所有机组功率分配差度＞10%时的实时功率分配差度值。

图2 数据展示层趋势图界面

图3 数据展示层报表显示

2 结 语

应某船系泊试验的实际需求，开发了船舶电站电量参数分析软件。该软件采用MFC编程实现了电量参数评估在线监测的可视化，能够以2次/s的速率监测船舶电站运行过程中的电量参数，实时形成趋势图。采集的数据以文件的形式存储，便于以报表的格式展示给用户，同时可回放历史过程数据。软件为从事系泊试验的人员更好地评估船舶电站能否按照标准投入运行提供帮助，提高了试验效率，具有实用价值。

［1］ 程浩忠，艾芊，张志刚，等.电能质量［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［2］ 寿海明，冀路明，回志澎.船舶电力系统的电能质量问题［J］.船电技术，2006(6):19-21.